[发明专利]一种植保无人机的高效对靶喷雾调控方法及系统

说明书

本发明公开了一种植保无人机的高效对靶喷雾调控方法及系统，包括：获取植保无人机的工作过程中视频流信息，提取关键帧图像获取感兴趣区域；对果园场景中果树植株进行识别及冠层分割，生成果树冠层的图像边缘特征，并通过激光扫描获取果树冠层的激光轮廓特征；通过特征融合生成果树冠层特征，根据果树冠层特征确定靶标锚框，获取靶标锚框中心点的三维坐标信息及喷雾高度，以确定植保无人机的喷头位置，并通过靶标锚框内冠层特征的丰富度控制喷雾流量，进行对果树植株的变量对靶喷雾。本发明通过对果树植株冠层信息的精确识别进行变量施药，满足果园的喷药作业需求的同时提高作业效率，降低了农药在空中的雾滴流失量,减少了对环境的污染。

技术领域

本发明涉及植物保护技术领域，更具体的，涉及一种植保无人机的高效对靶喷雾调控方法及系统。

背景技术

目前农林病虫害形势严峻，喷雾施药是当前果园防治病虫害的主要方式。传统作业方式往往造成农药利用率低、带来土壤中农药残留量超标等问题，不仅污染环境，而且威胁果农生命安全。为了有效减少农药使用量，提高药液利用率，对靶喷雾技术被广泛利用，对靶喷雾技术是智能植保的重要组成部分，满足了精确喷雾的要求，对减少农药使用量、降低作物农药残留、保护环境和劳动者具有重要意义。

在对靶喷雾状态下，喷雾方式由连续转变为间歇，喷头频繁开闭会影响冠层位置的雾滴分布，果园植保中由于果树冠层信息分布复杂，容易导致靶标识别有误，不合理的喷雾位置与喷雾量会造成农药在果树植株的非目标区域过多沉积，为实现对靶标果树植株的有效覆盖和提高对靶施药精度，减少药液浪费和生态污染，需要根据喷雾施药目标的有无、目标作物面积的大小、植保无人机速度的变化，实施对靶变量喷雾，从而解决对农作物更精确的喷施。因此，在植保无人机的场景下，如何实现果树植株靶标的精准识别，根据果树冠层信息进行变量施药，以减少雾滴飘移损失是亟不可待需要解决的问题之一。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种植保无人机的高效对靶喷雾调控方法及系统。

本发明第一方面提供了一种植保无人机的高效对靶喷雾调控方法，包括：

获取植保无人机的工作过程中视频流信息，提取所述视频流信息中的关键帧图像，将关键帧图像进行预处理获取感兴趣区域；

提取所述感兴趣区域的多尺度特征，对果树植株进行识别，果园场景中果树植株的冠层进行分割，生成果树冠层的图像轮廓特征，并通过激光扫描获取果树冠层的激光轮廓特征；

将果树冠层的图像轮廓特征与激光轮廓特征进行特征融合生成果树冠层特征，根据果树冠层特征确定靶标锚框，并获取靶标锚框中心点的三维坐标信息；

根据锚框中心点的三维坐标信息及喷雾高度确定植保无人机的喷头位置，并通过靶标锚框内冠层特征的丰富度控制喷雾流量，进行对果树植株的变量对靶喷雾；

获取目标果园范围内果树植株及障碍物分布，在避障的前提下规划植保无人机的最佳喷雾路径。

本方案中，获取植保无人机的工作过程中视频流信息，提取所述视频流信息中的关键帧图像，将关键帧图像进行预处理获取感兴趣区域，具体为：

获取植保无人机在目标果园范围飞行过程中获取的原始视频流，将所述原始视频流进行解码分割，筛选含有植株的视频帧，将含有植株的视频帧作为关键帧图像；

将所述关键帧图像进行滤波去噪，根据边缘算法将背景进行分割，保留植株图像区域，将所述植株图像区域进行几何校正，生成感兴趣区域；

通过感兴趣区域的中植株图像的完整度进行精简，当植株图像的完整度小于预设值时，则在当前关键帧图像中进行滤除，在下一关键帧中进行拼接，实现冗余图像去除。

本方案中，提取所述感兴趣区域的多尺度特征，对果树植株进行识别，果园场景中果树植株的冠层进行分割，生成果树冠层的图像轮廓特征，具体为：

将关键帧图像的感兴趣区域输入Faster-RCNN模型，在卷积神经网络中引入空洞特征金字塔，设置不同的空洞率对卷积核进行调整以改变感受野大小，获取感兴趣区域的多尺度特征图；